電流互感器二次側(cè)開路故障分析及應(yīng)對措施

周博，張秋慧

（1．國網(wǎng)遼寧省電力有限公司沈陽供電公司，沈陽110036；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，沈陽110036）

1 電流互感器工作原理

電流互感器的原理與變壓器相同，是基于電磁感應(yīng)原理而設(shè)計(jì)的。電流互感器由一次繞組、二次繞組、鐵芯、一二次接線端子、絕緣支柱體組成（如圖1所示）。鐵芯與變壓器相同，是由硅鋼片疊制而成，電流互感器的一次繞組匝數(shù)很少，一次繞組串聯(lián)于電力系統(tǒng)的一次設(shè)備之中，因此它能夠通過一次設(shè)備運(yùn)行中的全部電流。電流互感器的二次繞組匝數(shù)一般較多，二次繞組通過電纜接入繼電保護(hù)裝置、測量裝置及計(jì)量設(shè)備中。若忽略勵(lì)磁損耗，一次線圈與二次線圈有相同的安匝數(shù)[1]。電流互感器在正常工作時(shí)，其二次回路始終應(yīng)該處于閉合狀態(tài)。

圖1 電流互感器結(jié)構(gòu)原理圖

2 電流互感器開路運(yùn)行的危害

2.1 開路運(yùn)行分析

電流互感器的一次繞組匝數(shù)較少，一般只有一匝或者幾匝，它的一次繞組串接至需要測量的電力系統(tǒng)一次設(shè)備之中，流過被測一次電流。此時(shí)，流過電流互感器一次繞組的電流與雙繞組變壓器正常運(yùn)行時(shí)所流過的電流不同，雙繞組變壓器的一次側(cè)電流與二次負(fù)載有關(guān)，而電流互感器的一次側(cè)電流與相應(yīng)一次設(shè)備所流過的電流一致。電流互感器二次側(cè)繞組的匝數(shù)比較多，它與繼電保護(hù)裝置、測控裝置、計(jì)量表回路串聯(lián)形成閉合回路，電流互感器在正常工作狀態(tài)中可以認(rèn)為其工作于短路狀態(tài)。這是因?yàn)橐淮蝹?cè)繞組電流I1只取決于一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，不隨二次側(cè)電流I2的變化而發(fā)生改變，I2的數(shù)值大小只由電力負(fù)荷阻抗、線路阻抗及電源電壓決定，并且二次側(cè)所接繼電保護(hù)裝置、測量裝置、計(jì)量儀表的電流線圈阻抗很小。正常工作時(shí)一次繞組電流I1產(chǎn)生的磁動(dòng)勢I1N1（F1）僅有很小一部分產(chǎn)生空載磁動(dòng)勢，二次繞組電流I2所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢I2N2（F2）對一次繞組所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F1有去磁作用，因此合成磁動(dòng)勢F0及鐵芯的合成磁通Φ數(shù)值都不大，這就使得二次繞組的感應(yīng)磁動(dòng)勢e2的數(shù)值不大，一般不超過幾十伏。

電流互感器在正常工作時(shí)，根據(jù)磁動(dòng)勢平衡的關(guān)系可以得出N1I1+N2I2=N1I0，一、二次電流相位相反，因此N1I1和N2I2互相抵消一大部分，鐵芯的剩余磁動(dòng)勢是勵(lì)磁磁動(dòng)勢，當(dāng)二次回路開路時(shí)，二次去磁動(dòng)勢等于零。根據(jù)磁動(dòng)勢平衡原理，這時(shí)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢迅速增加，電流互感器的一次電流全部用于鐵芯的勵(lì)磁，于是鐵芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度隨之迅速增加，鐵芯達(dá)到磁飽和。鐵芯的飽和造成隨時(shí)間變化的磁通Φ的波形由正常運(yùn)行時(shí)的正弦波變?yōu)轱柡蜁r(shí)的平頂波。在磁通迅速發(fā)生變化的過程中，開路的二次繞組內(nèi)將感應(yīng)出電壓很高的尖頂波電動(dòng)勢e2，其峰值可達(dá)數(shù)千伏甚至更高，這種高電壓對于運(yùn)行及檢修人的人身安全存在極大的威脅，對繼電保護(hù)等二次裝置也是極其危險(xiǎn)的。

圖2 電流互感器二次回路開路時(shí)的磁通和勵(lì)磁電動(dòng)勢波形

2.2 電流互感器二次開路產(chǎn)生的現(xiàn)象和危害

①電流互感器開路時(shí)，由于交變的磁通在二次側(cè)將感應(yīng)出很高的電壓，高電壓可能會(huì)使電流互感器二次回路元件接線端子、二次接線柱等處產(chǎn)生火花，高電壓傳導(dǎo)到二次繞組和二次電路中，從而導(dǎo)致一、二次繞組間的絕緣被擊穿。②繼電保護(hù)裝置、測量裝置、計(jì)量儀表指示異常。上述設(shè)備的電流二次回路開路，會(huì)使相應(yīng)設(shè)備的電流采樣元件所采電流指示不一致、功率表指示降低、計(jì)量表計(jì)轉(zhuǎn)速緩慢或不轉(zhuǎn)。如相關(guān)裝置的電流指示時(shí)有時(shí)無，則二次回路可能處于接觸不良的狀態(tài)中。③電流互感器本體出現(xiàn)無噪聲，嚴(yán)重發(fā)熱、冒煙，振動(dòng)不均勻等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象在一次系統(tǒng)的負(fù)荷較小時(shí)表現(xiàn)并不明顯。當(dāng)開路時(shí)因磁通的非正弦型和磁通密度的迅速增加，硅鋼片振動(dòng)力迅速增大，這會(huì)產(chǎn)生很大的噪音。④電力系統(tǒng)繼電保護(hù)相關(guān)裝置冒煙燒壞。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的電流采樣元件燒壞會(huì)使電流互感器二次開路。電能計(jì)量表計(jì)、保護(hù)裝置的采樣元件在燒壞后，不僅會(huì)使電流互感器二次開路，同時(shí)也可能造成電壓互感器二次短路。⑤電流互感器開路時(shí)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置因無電流而不能正確反映故障，對于零序保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)，則可能因開路時(shí)產(chǎn)生的不平衡電流而發(fā)生誤動(dòng)。⑥二次回路開路時(shí)磁路的嚴(yán)重飽和會(huì)使得鐵芯發(fā)熱嚴(yán)重，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行正確的處理，會(huì)使電流互感器燒毀，并容易引起電纜著火。

3 電流互感器二次回路開路的產(chǎn)生原因

①由于交流電流回路中的接線端子排的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)存在缺陷，在運(yùn)行中發(fā)生底板螺孔與旋轉(zhuǎn)螺桿接觸不良，造成電流互感器二次回路的開路。如旋鈕式電流端子由于試驗(yàn)端子壓板的膠木過長，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)端子金屬片誤壓在膠木套上，未壓在壓板的金屬片上而導(dǎo)致開路；內(nèi)部彈簧式的電流端子由于彈簧損壞，旋轉(zhuǎn)螺桿與底版接觸不上等。②施工安裝人員工作中的失誤，如接線錯(cuò)誤、做安全措施時(shí)打開的線頭忘記恢復(fù)，在送電前未進(jìn)行電流互感器二次側(cè)是否開路的檢查。③在二次線端子接頭在施工過程中壓接不牢固，當(dāng)回路中通過的電流很大時(shí)，可能會(huì)發(fā)生螺桿與銅板接觸不良、發(fā)熱燒斷、氧化過甚甚至造成二次回路的開路。④室外端子箱、電流互感器本體接線盒受潮，端子螺絲或墊片銹蝕過于嚴(yán)重，造成接觸不良，最終形成開路。⑤繼電保護(hù)裝置的電流回路短接片在保護(hù)調(diào)試的過程中被打開，但在工作結(jié)束后和檢查現(xiàn)場時(shí)未仔細(xì)確認(rèn)短接片是否已連接好或恢復(fù)，導(dǎo)致開路。

4 應(yīng)對措施

①首先要分辨出哪一組電流回路發(fā)生開路，需要判斷此組電流的斷開對保護(hù)有無影響，其二次回路的斷開是否會(huì)使得保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。尤其是用于母差保護(hù)的電流互感器，當(dāng)出現(xiàn)打火等電流互感器二次回路開路的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即向有關(guān)部門申請將其退出，然后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采取相應(yīng)措施。②運(yùn)行中如需檢修、校驗(yàn)保護(hù)裝置、測量裝置及計(jì)量儀表時(shí)，必須先將電流互感器二次回路有效短接，再斷開該設(shè)備，電流互感器的二次回路不允許裝設(shè)熔斷器。③在短接電流互感器二次回路前應(yīng)盡可能減少一次電流,降低危險(xiǎn)性。當(dāng)電流互感器內(nèi)部出現(xiàn)冒煙、放電、異響等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即轉(zhuǎn)移負(fù)荷,切斷電源后進(jìn)行檢查和處理，如有旁路，可將線路轉(zhuǎn)為旁路供電，提高供電的可靠性。④當(dāng)電流互感器二次開路需要短接時(shí)，應(yīng)在開路打火處就近的二次端子上進(jìn)行，封好開路的電流互感器二次回路后，再檢查處理開路點(diǎn)。短接時(shí)應(yīng)使用專用短路連片或短路線，短路應(yīng)妥善可靠，禁止采用一般導(dǎo)線纏繞。⑤根據(jù)短接后出現(xiàn)的現(xiàn)象判斷短接是否已經(jīng)奏效。若短接時(shí)有火花,則說明短接有效?？梢哉J(rèn)為故障點(diǎn)在短接點(diǎn)以下。

5 結(jié)語

電流互感器二次側(cè)開路是電力系統(tǒng)運(yùn)行中最危險(xiǎn)的故障之一。正確的預(yù)防和處理也就非常必要，將故障控制在最小范圍內(nèi)，減小損失，達(dá)到電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的最終目的。